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En marzo de 1728 huyó de la ciudad y emprendió una vida errante que lo llevó hasta Annecy, en el este de Francia, donde conoció a una baronesa viuda y desprejuiciada, Francoise Louise de Warens (1699-1762), de quien se convirtió en su protegido y amante. Esta lo envió al Hospicio del Espíritu Santo en Turín, para que fuese convertido al catolicismo. Tras su bautismo, el 23 de abril de 1728, el joven Rousseau se empleó como sirviente en las casas de un par de nobles, pero fundamentalmente se dedicó a vagabundear por las calles de la capital piamontesa y a multiplicar sus aventuras amorosas hasta quedarse sin dinero. Luego viajó a Chambéry, adonde su protectora se había mudado, y allí residió durante ocho años que dedicó a estudiar filosofía, latín, matemáticas, música y química de manera autodidacta.
Hacia 1732 trabajó como maestro de música en Lausanne y Neuchátel, y cuatro años después viajó a su ciudad natal para recibir la parte de la herencia materna que le correspondía. A sus veinte años, Rousseau había completado el primer período de su vida, en el que sobresalen su indolencia y su afán de conocimiento. Luego comenzó una nueva etapa en la que intentó labrarse un futuro estable. Así, en 1740 partió hacia Lyon para trabajar como preceptor de los hijos de un general francés y al año siguiente viajó a París con un sistema de notación musical cifrada que, en su opinión, iba a asegurarle fama y fortuna. Tenía entonces veintinueve años.
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Al tiempo, Diderot le encargó la escritura de unos artículos sobre música para "La Enciclopedia", los que aparecieron como "Projet concernant de nouveaux signes pour la musique" (Proyecto de nueva notación para la música) y "Dissertation sur la musique moderne" (Disertación sobre la música moderna).
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Todos estos episodios fueron marcando la personalidad de Rousseau, quien siempre mantuvo una actitud entre alerta y hostil hacia la sociedad ilustrada francesa que, si bien lo recibía en sus salones, siempre lo consideró de inferior condición social. Esta humillación lo indujo a mirar con cierta desconfianza a sus nuevas amistades, lo que se fue agudizando con los años hasta convertirse en manía persecutoria.
En el verano de 1749, estando en Vincennes, se enteró de la convocatoria a un concurso organizado aquel año por la Academia de Dijon sobre si el progreso de las ciencias y las artes había contribuido a corromper o a depurar las costumbres. El ensayo que presentó bajo el título "Discurse sur les sciences et les arts" (Discurso sobre las ciencias y las artes) lo hizo saltar a la fama. La Academia de Dijon premió el trabajo -que fue publicado a fines de 1750- basado en una mirada introspectiva sobre su propia vida, que lo llevó a retornar al calvinismo.
Aquejado de una dolencia renal crónica, Rousseau retomó su humilde oficio de copista de música y, en 1752, presentó con enorme éxito su intermedio musical "Le devin du village" (El adivino de la aldea). Tres años después, la Academia de Dijon lanzó un nuevo concurso. Esta vez el tema versaba sobre cuál era el origen de la desigualdad de los hombres y si se justificaba por la ley natural. Rousseau puso manos a la obra en la redacción de su segundo Discurso, cuyo resultado fue "Discours sur l'origine et les fondements de l'inégalité parmi les hommes" (Discurso sobre el origen de la desigualdad entre los hombres), en el que se enfrentó a la concepción ilustrada del progreso al considerar que los hombres en estado natural eran por definición inocentes y felices, y que eran la cultura y la civilización las responsables de la desigualdad entre ellos, en especial a partir del establecimiento de la propiedad. Este ensayo no obtuvo el premio, pero sí despertó furiosas polémicas.
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En 1756 se instaló en Montmorency, en la residencia de su amiga la escritora Louise d'Epinay (1726-1783), un lugar retirado y solitario en el que escribió la novela sentimental "Julie ou la nouvelle Héloïse" (Julia o la nueva Eloísa) con duras críticas a las costumbres de la época. Enredado en nuevos escándalos amorosos, Rousseau debió abandonar el lugar en 1757 y aceptar la hospitalidad de Charles Frédéric de Montmorency (1702-1764), mariscal de Luxemburgo, en cuyo castillo terminó la primera versión de "Emile, ou de l'éducation" (Emilio, o de la educación) una novela pedagógica cuya parte referida a la religión le valió la condena inmediata por parte de las autoridades parisinas.
Entre 1760 y 1761 escribió "Du contrat social ou principes du droit politique" (El contrato social o principios de derecho político) -en el que anotó su trascendente axioma "Cuanto más crece el Estado, más disminuye la libertad"-, y redactó otras dos versiones del "Emilio". Publicado en Holanda, "El contrato social" fue prohibido en Francia, mientras que la versión definitiva del "Emilio" dividida en cinco libros, fue mandada a quemar por el Parlamento que también dictó un auto de prisión en contra del autor.
Rousseau debió huir y se refugió en Suiza: en Neuchátel primero y luego en la isla de Saint Pierre, hasta donde llegó la intolerancia religiosa que movió al Senado de Berna a expulsarlo de aquel lugar. De allí pasó a Inglaterra, donde el filósofo escocés David Hume (1711-1776) le ofreció una casa en el condado de Derby. Mientras trabajaba en la redacción de los dos primeros libros de su autobiografía "Les confessions" (Confesiones), los trastornos mentales que venía padeciendo desde hacía algunos años y el empeoramiento de sus manías persecutorias lo llevaron a enemistarse con Hume y a enfrentarse con todos sus amigos. Bastante desequilibrado, volvió a Francia y vivió un año con nombre supuesto en una finca del príncipe de Conti Luis Francisco II de Borbón (1734-1814). Después, como si lo acosaran, se refugió en la región de Dauphiné en el sureste francés donde, el 30 de abril de 1768, se casó con Thérese, su compañera durante treintitrés años.
Luego se estableció en Monquin, cerca de Bourgoin, y se entregó al estudio de la herborización y la botánica, mientras continuaba con la escritura de las "Confesiones". En 1770 volvió a París y se instaló en la calle Platerie -la calle que hoy lleva su nombre- número 52, 4º piso y reanudó sus actividades como copista de música. Hasta allí se acercaban numerosos admiradores, algunos curiosos y hasta pretendidos mecenas que le ofrecían su protección. Todos sin distinción fueron rechazados brutalmente por el filósofo.
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Finalmente escribió "Les revenes du promeneur solitaire" (Las meditaciones de un paseante solitario), una suerte de despedida amarga del autor, en la que escribió: "Todo ha terminado en esta tierra para mí. Ya no se me puede hacer ni bien ni mal. Ya no me queda nada que esperar ni temer en este mundo, y heme aquí tranquilo en el fondo del abismo, pobre mortal desafortunado... En este mundo ya no tengo ni prójimo, ni semejante, ni hermanos... Si a mi alrededor reconozco algunas cosas sólo son objetos aflictivos y desgarradores para mi corazón, y no puedo dirigir la mirada sobre lo que me afecta y me rodea sin encontrar siempre algún motivo de desdén que me indigna, o de dolor que me aflige... Dejemos hacer pues a los hombres y al destino; aprendamos a sufrir sin murmurar; todo volverá a su orden al final, y mi turno llegará tarde o temprano... ¿De qué me sirven luces tan tarde y tan dolorosamente adquiridas sobre mi destino y las pasiones ajenas de las que éste es producto? No he aprendido a conocer mejor a los hombres más que para sentir mejor la miseria en que me han sumido, sin que este conocimiento al descubrirme todas sus trampas me haya podido hacer evitar a ninguno".
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Rousseau pasó los últimos dos meses de su vida en el castillo del marqués Louis René de Girardin (1735–1808), su último benefactor, en Ermenonville, a unos 50 kilómetros al noroeste de París. Allí falleció a las once de la mañana del 2 de julio de 1778, probablemente víctima de una apoplejía aunque no se descarta la posibilidad del suicidio. Fue enterrado en un extremo del lago de la isla des Pleupiers, hasta que, en octubre de 1794, los revolucionarios trasladaron sus restos al Panteón situado en el Barrio Latino de la capital francesa.
Por su aguda crítica a la civilización y su audaz desprecio a la idea del progreso de la humanidad fundamentado en el uso de la razón, Rousseau se convirtió en uno de los pensadores más atípicos de la Ilustración, ya que, frente al racionalismo predominante, defendió el sentimiento y la pasión como valores intrínsecos y esenciales al ser humano. A pesar de las controversias generadas por su obra, su pensamiento fue fuente de inspiración tanto para la Revolución Francesa como para la Comuna de París. Incluso le sirivió a Thomas Jefferson (1743-1826) para la redacción de la Declaración de la Independencia de Estados Unidos. También influyó enormemente en la literatura, siendo considerado el precursor del Romanticismo francés.